EP4164097A1 - Anneau de court-circuit pour un moteur électrique, procédé de fabrication d'un tel anneau, moteur électrique comprenant un tel anneau, et procédé d'assemblage d'un tel anneau à un rotor d'un moteur électrique - Google Patents

Anneau de court-circuit pour un moteur électrique, procédé de fabrication d'un tel anneau, moteur électrique comprenant un tel anneau, et procédé d'assemblage d'un tel anneau à un rotor d'un moteur électrique Download PDF

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EP4164097A1
EP4164097A1 EP22200786.6A EP22200786A EP4164097A1 EP 4164097 A1 EP4164097 A1 EP 4164097A1 EP 22200786 A EP22200786 A EP 22200786A EP 4164097 A1 EP4164097 A1 EP 4164097A1
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EP
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housing
rotor
short
niches
circuit ring
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Gilles ROBBE
Jean-Philippe RACLOT
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Alstom Holdings SA
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    • H02K15/02—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
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    • H02K17/20—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having deep-bar rotors

Definitions

  • the present invention relates to a short-circuit ring for an electric motor, a method of manufacturing such a short-circuit ring, an electric motor comprising such a ring, in particular an asynchronous rail traction motor, and a method of assembly of a short-circuit ring to a rotor of an electric motor.
  • Electromagnetic induction motors and in particular asynchronous motors of the squirrel cage type, essentially comprise a static element or stator, and a rotating element, that is to say a rotor which is mounted inside the stator on a rotating motor shaft.
  • the rotor normally comprises a plurality of longitudinal bars, made from an electrically conductive material, and a stack of magnetic laminations, made for example from rolled steel, which are assembled on the rotating shaft and have a plurality longitudinal grooves; the conductor bars of the rotor are housed in the grooves and are coupled at their ends to two short-circuit rings in a squirrel-cage configuration.
  • each rotor bar is housed in a circular groove machined in the short-circuit ring, and its end surface bears against the face of the groove; the two parts are then brazed, using a filler material which is inserted into the groove facing the junction zone.
  • solder fills the gap between two adjacent bars, but this arrangement requires a large volume of solder to fill the open volume.
  • the current constructive arrangements for assembling the short-circuit rings with the rotor bars impose a limit in terms of peripheral linear speed of the rotor, for example of the order of 100 m/s.
  • a main object of the present invention is to provide a solution offering improvements with respect to the known state of the art, and especially to produce short-circuit rings which make it possible to make the junction with the rotor bars more reliable and easier to manufacture, with a higher mechanical capacity for absorbing centrifugal forces allowing higher peripheral linear speeds for the motors.
  • the electric motor further comprises electrically conductive filler material inserted into each housing niche and brazed by securing, irreversibly, the short-circuit ring to the end portion of each corresponding rotor bar.
  • transverse or transversely when used herein, they should be understood to encompass a possible variation of plus or minus 5% from an indicated reference value or position; further, where the terms transverse or transversely are used herein, they should be understood to encompass a direction not parallel to the part(s) or direction(s)/axis(s) of reference to which they refer, and the perpendicularity should be considered as a specific case of transverse direction.
  • FIG. 1 schematically illustrates an example of an electric motor, in particular an asynchronous rail traction motor, designated by the reference number 1.
  • the motor 1 comprises a frame 30 inside which are assembled a stator 20, and a rotor 2 comprising a stack of magnetic laminations 3 and a plurality of conductive bars 4, made for example of copper or aluminum, which are inserted into the magnetic laminations 3 of the rotor 2.
  • the rotor 2 is mounted on a rotary shaft 5 rotating around a longitudinal reference axis X, with the rotor bars 4 arranged longitudinally, at a distance from each other, around this longitudinal reference axis X.
  • the motor 1 further comprises a first flange 6, disposed on the control side of the motor 1, a second flange 7 opposite the control side, a first bearing 8 disposed on the control side, and a second bearing 9 disposed on the side opposite the control side.
  • the conductive bars 4 are interconnected by two short-circuit rings 10 according to the invention in order to form a squirrel-cage configuration.
  • FIG. 1 schematically illustrate possible embodiments of a short-circuit ring according to the invention designated by the reference number 10.
  • the short-circuit ring 10 comprises a body of substantially annular shape which is made in a single piece of electrically conductive material, for example copper or aluminum, and develops around a longitudinal axis of reference X10, that is to say a longitudinal axis substantially coinciding with the axis of rotation X of the rotary shaft 5 in the mounted configuration of the engine 1.
  • the annular body comprises a coupling face 12 with the rotor bars 4 which develops transversely with respect to the longitudinal reference axis X, and in particular along a plane substantially perpendicular to the longitudinal reference axis X, and comprises a plurality of housing niches 13 and a plurality of filling elements 14 provided in an alternating sequence on the same coupling face 12.
  • the housing niches 13 are spaced at regular distances from each other along the coupling face 12 and along a circumferential path, indicated on the figure 3 And 5 by arrow C.
  • each housing niche 13 extends in a direction substantially parallel to the longitudinal reference axis X10 and comprises a bottom wall 16 closed and transverse to the longitudinal reference axis X10.
  • each housing recess 13 delimits a space closed at the bottom and intended to house, in a non-through manner, an end portion 4a of a corresponding rotor bar 4.
  • each filling element 14 extends between two adjacent housing niches 13, projecting from the corresponding closed bottom walls 16 in a direction substantially parallel to the longitudinal reference axis X and towards the rotor 2 in configuration mounting of the motor 1.
  • each filling element 14 is configured to fill, at least partially, a space 17 between the end portions 4a of each pair of adjacent rotor bars, once the rotor bars 4 are housed in the corresponding housing niches 13.
  • each housing niche 13 is hollowed out in the annular body and extends from the upper surface of the coupling face 12 towards the inside of the annular body, as far as the corresponding closed bottom wall 16 , in a direction substantially parallel to the longitudinal reference axis X10.
  • each filling element 14 is formed by a solid portion of the coupling face between two adjacent housing niches 13.
  • the housing niches 13, seen in a plane substantially perpendicular to the longitudinal reference axis X, are configured in the shape of a bone.
  • bone-shaped it is meant that the silhouette of the housing niches 13 has two lobes and a narrow part between these lobes, overall with the external shape of an 8.
  • the coupling face 12 seen along a median and circumferential section of the annular body, that is to say along the circular cut-off line AA indicated on the figure 2 And 4 , has a profile in the shape of substantially rectangular saw teeth.
  • the sub-step 122 consisting in milling the annular body by forming the housing niches 13, comprises the fact of producing a plurality of housing niches 13 in the shape of bones.
  • the radial direction of the millings is indicated on the figure 3 And 5 by the reference arrow Y which is in a plane transverse to the longitudinal axis of reference X10.
  • a second short-circuit ring 10 can be secured with the same methods to the opposite end portion 4b of each rotor bar 4.
  • each rotor bar 4 comprises a end portion, and not only the head surface of this end portion, which is easily housed in a corresponding housing niche 13 and secured therein irreversibly with the short-circuit ring 10, by means of the material electrically conductive filler 18 inserted into each housing niche 13.
  • each filling element 14 in practice form structurally integrated bosses in the annular body and, as illustrated for example in the figure 4 , each filling element fills the space 17 which forms between the end portions of two adjacent rotor bars once the bars 4 are housed in the corresponding housing niches 14.
  • the structure of the short-circuit ring 10 makes it possible to achieve a simpler and more precise mechanical connection with the conductive bars 4, inducing a mechanical capacity to take up centrifugal forces which advantageously allows higher peripheral linear speeds compared to the known art solutions.
  • the short-circuit ring 10, the electric motor 1, the manufacturing process 100 and the assembly process 200 are subject to modifications and variations.
  • the shape of the housing niches 13 or filling elements 14 can be configured differently; the annular body 12 can be produced using any possible method of machining or joining; certain steps or sub-steps of the method 100 or the method 200 can be executed according to a different sequence compared to that described below and illustrated in the figure 7 And 8 .

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Abstract

Anneau de court-circuit (10) pour un moteur électrique ayant une pluralité de barres rotoriques (4), comportant un corps annulaire réalisé en une seule pièce de matériau conducteur qui se développe autour d'un axe longitudinal et comprend une face de couplage (12) avec les barres rotoriques. La face de couplage se développe transversalement par rapport à l'axe longitudinal et comporte :- une pluralité de niches de logement (13) espacées à distance régulière les unes des autres selon une direction circonférentielle, chaque niche ayant une paroi de fond fermée de façon à loger, de manière non traversante, une portion d'extrémité (4a) d'une barre rotorique ; et- une pluralité d'éléments de remplissage (14) s'étendant chacun entre deux niches de logements adjacentes, en saillie par rapport aux parois de fond fermées correspondantes, et configuré pour remplir un espace (17) entre les portions d'extrémité de deux barres rotoriques adjacentes.

Description

  • La présente invention concerne un anneau de court-circuit pour un moteur électrique, un procédé de fabrication d'un tel anneau de court-circuit, un moteur électrique comprenant un tel anneau, notamment un moteur asynchrone de traction ferroviaire, et un procédé d'assemblage d'un anneau de court-circuit à un rotor d'un moteur électrique.
  • Les moteurs à induction électromagnétique, et en particulier les moteurs asynchrones du type à cage d'écureuil, comportent essentiellement un élément statique ou stator, et un élément rotatif, c'est-à-dire un rotor qui est monté à l'intérieur du stator sur un arbre moteur rotatif.
  • Plus en détail, le rotor comporte normalement une pluralité de barres longitudinales, réalisées à partir d'un matériau électriquement conducteur, et une pile de tôles magnétiques, réalisées par exemple en acier laminé, qui sont assemblées sur l'arbre rotatif et présentent une pluralité de rainures longitudinales ; les barres conductrices du rotor sont logées dans les rainures et sont couplés à leurs extrémités à deux anneaux de court-circuit en réalisant configuration en cage d'écureuil.
  • Les solutions utilisées actuellement pour coupler les anneaux de court-circuit aux barres conductrices présentent des inconvénients et sont susceptibles d'améliorations.
  • En particulier, selon une première solution, l'extrémité de chaque barre rotorique est logée dans une rainure circulaire usinée dans l'anneau de court-circuit, et sa surface d'extrémité est en appui contre la face de la rainure ; les deux parties sont ensuite brasées, en utilisant un matériau d'apport qui est inséré dans la rainure en regard de la zone de jonction.
  • La brasure remplit l'interstice entre deux barres adjacentes, mais cette disposition nécessite un volume important de brasure pour combler le volume ouvert.
  • Une autre solution connue dans l'état de l'art utilise des cales qui sont placées dans la rainure de l'anneau de court-circuit et sont interposées entre deux barres adjacentes.
  • Cette solution permet de réduire le volume de brasure pour réaliser la liaison, mais elle demande des précautions supplémentaires pour le positionnement des cales au moment du brasage. En effet, un positionnement imparfait des cales peut amener des problèmes de qualité conduisant, par exemple, à une fissuration de la liaison entre la barre et l'anneau et ensuite à la défaillance de la liaison en service.
  • En outre, les dispositions constructives actuelles pour l'assemblage des anneaux de court-circuit avec les barres rotoriques imposent une limite en termes de vitesse linéaire périphérique du rotor, par exemple de l'ordre 100m/s.
  • Par conséquent, un but principal de la présente invention est de fournir une solution offrant des améliorations par rapport à l'état de l'art connu, et spécialement de réaliser des anneaux de court-circuit qui permettent de rendre la jonction avec les barres rotoriques plus fiable et plus simple à réaliser, avec une capacité mécanique supérieure de reprise des efforts centrifuges autorisant des vitesses linéaires périphériques supérieure pour les moteurs.
  • Ce but est atteint par un anneau de court-circuit pour un moteur électrique comprenant un rotor ayant une pluralité de barres rotoriques, l'anneau de court-circuit étant caractérisé en ce qu'il comporte un corps de forme substantiellement annulaire réalisé en une seule pièce de matériau électriquement conducteur qui se développe autour d'un axe longitudinal de référence et comprend une face de couplage avec les barres rotoriques, dans lequel la face de couplage se développe transversalement par rapport à l'axe longitudinal de référence et comporte :
    • une pluralité de niches de logement qui sont espacées à distance régulière les unes des autres selon une direction circonférentielle le long de la face de couplage, chaque niche de logement s'étendant selon une direction substantiellement parallèle à l'axe longitudinal de référence et ayant une paroi de fond fermée transversale à l'axe longitudinal de référence de façon à loger, de manière non traversante, une portion d'extrémité d'une barre rotorique ; et
    • une pluralité d'éléments de remplissage, chaque élément de remplissage s'étendant entre deux niches de logements adjacentes, en saillie par rapport aux parois de fond fermées correspondantes et étant configuré pour remplir, au moins partiellement, un espace entre les portions d'extrémité de deux barres rotoriques adjacentes une fois que les barres rotoriques sont logées dans les niches de logement correspondantes.
  • Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel anneau de court-circuit peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise selon toute combinaison techniquement admissible :
    • chaque niche de logement est creusée dans le corps annulaire et s'étend de la face de couplage vers l'intérieur du corps annulaire, jusqu'à la paroi de fond fermée correspondante, et chaque élément de remplissage est formé par une portion pleine de la face de couplage entre deux niches de logement adjacentes ;
    • les niches de logement, vues dans un plan substantiellement perpendiculaire à l'axe longitudinal de référence, sont configurées en forme d'os ;
    • la face de couplage présente un profil en forme de dents de scie substantiellement rectangulaires.
  • Ce but est atteint également par un procédé de fabrication d'un anneau de court-circuit pour un moteur électrique qui comprend un rotor incluant une pluralité de barres rotoriques, le procédé de fabrication étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes:
    • (a) : réaliser un corps de forme substantiellement annulaire en une seule pièce de matériau électriquement conducteur, qui se développe autour d'un axe de référence et comporte une face de couplage avec les barres rotoriques qui se développe transversalement par rapport à l'axe longitudinal de référence ;
    • (b) : réaliser, sur la face de couplage du corps annulaire une pluralité de niches de logement qui sont espacées à distance régulière les unes des autres selon une direction circonférentielle le long de la face de couplage, chaque niche de logement s'étendant selon une direction substantiellement parallèle à l'axe longitudinal de référence et ayant une paroi de fond fermée transversale à l'axe longitudinal de référence de façon à loger, de manière non traversante, une portion d'extrémité d'une barre rotorique, et une pluralité d'éléments de remplissage, chaque élément de remplissage s'étendant entre deux niches de logements adjacentes, en saillie par rapport aux parois de fond fermées correspondantes et étant configuré pour remplir, au moins partiellement, un espace entre les portions d'extrémité de deux barres rotoriques adjacentes une fois que les barres rotoriques sont logées dans les niches de logement correspondantes.
  • Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel procédé de fabrication peut comporter une ou plusieurs des étapes suivantes, prises selon toute combinaison ou ordre techniquement admissible :
    • l'étape (b) consistant à réaliser la pluralité d'éléments de remplissage et la pluralité de niches de logement comprend au moins la sous-étape suivante :
    • (b.1) fraiser le corps annulaire en formant les niches de logement creusées dans le corps annulaire à distance régulière les unes des autres et s'étendant de la face de couplage vers l'intérieur du corps annulaire en direction substantiellement parallèle à l'axe de référence, les portions de la face de couplage pleines ou non fraisées entre chaque couple de niches de logement adjacentes formant la pluralité d'éléments de remplissage ;
    • la sous-étape (b.1) consistant à fraiser le corps annulaire en formant les niches de logement, comporte le fait de réaliser une pluralité de niches de logement en forme d'os ;
    • l'étape (b) consistant à réaliser la pluralité d'éléments de remplissage et la pluralité de niches de logement comprend au moins les sous-étapes suivantes :
    • (b.2) réaliser, selon une direction circonférentielle le long d'un bord interne et d'un bord externe de la face de couplage une première rainure et une deuxième rainure correspondante ;
    • (b.3) fraiser radialement, à des positions prédéfinies, des portions de la face de couplage entre la première rainure et la deuxième rainure, afin de former la pluralité des niches de logements alternées en séquence avec des portions de la face de couplage pleines on non fraisées, chaque portion pleine ou non fraisée entre chaque couple de niches de logement adjacentes formant un élément de remplissage correspondant.
  • En outre, le but à la base de la présente invention est atteint par un moteur électrique, notamment moteur asynchrone pour traction ferroviaire, comprenant au moins :
    • un rotor incluant une pluralité de barres rotoriques agencées longitudinalement, à distance les unes des autres, autour d'un axe longitudinal de référence; le moteur électrique étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un anneau de court-circuit tel que mentionné ci-dessus dans lequel chaque barre rotorique comporte une portion d'extrémité qui est logée dans une niche de logement correspondante et y solidarisée de manière irréversible avec l'anneau de court-circuit.
  • En particulier, le moteur électrique comporte en outre du matériau d'apport électriquement conducteur inséré dans chaque niche de logement et braisé en solidarisant, de manière irréversible, l'anneau de court-circuit à la portion d'extrémité de chaque barre rotorique correspondante.
  • Enfin, ce but est atteint également par un procédé d'assemblage d'un rotor d'un moteur électrique ayant une pluralité de barres rotoriques agencées longitudinalement, à distance les unes des autres, autour d'un axe longitudinal de référence, le procédé d'assemblage étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes:
    • (A) : coupler un anneau de court-circuit tel que mentionné à la pluralité des barres rotoriques en logeant une portion d'extrémité de chaque barre rotorique dans une niche de logement correspondante de l'anneau de court-circuit, avec chaque élément de remplissage qui remplit, au moins partiellement, un espace entre les portions d'extrémité de deux barres rotoriques adjacentes ;
    • (B) : solidariser, de manière irréversible, l'anneau de court-circuit à la portion d'extrémité de chaque barre rotorique.
  • En particulier, l'étape (B) consistant à solidariser l'anneau de court-circuit à chaque barre rotorique comprend au moins les sous-étapes suivantes :
    • (B.1) : insérer du matériau d'apport électriquement conducteur dans chaque niche de logement ; et
    • (B.2) : braiser le matériau d'apport en solidarisant, de manière irréversible, l'anneau de court-circuit à la portion d'extrémité de chaque barre rotorique.
  • D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
    • [FIG. 1] la Figure 1 est une coupe longitudinale illustrant schématiquement un exemple d'un moteur électrique asynchrone de traction ferroviaire équipé avec deux anneaux de court-circuit, selon l'invention ;
    • [FIG. 2] la Figure 2 illustre schématiquement une portion d'un anneau de court-circuit selon une forme possible de réalisation de l'invention ;
    • [FIG. 3] la Figure 3 est une vue de face illustrant schématiquement l'anneau de court-circuit de la figure 2 couplé à des barres conductrices du moteur électrique de la figure 1, vu du côté des barres conductrices ;
    • [FIG. 4] la Figure 4 illustre schématiquement une portion d'un anneau de court-circuit selon une autre forme possible de réalisation de l'invention ;
    • [FIG. 5] la Figure 5 est une vue de face illustrant schématiquement l'anneau de court-circuit de la figure 4 couplé à des barres conductrices du moteur électrique de la figure 1, vu du côté des barres conductrices ;
    • [FIG. 6] la Figure 6 est une vue en coupe selon le plan A-A illustrant schématiquement une portion rectifié d'un anneau de court-circuit illustré sur la figure 2 ou sur la figure 4 ;
    • [FIG. 7] la Figure 7 est un schéma blocs représentant schématiquement un procédé de fabrication d'un anneau de court-circuit pour un moteur électrique, selon l'invention ;
    • [FIG. 8] la Figure 8 est un schéma blocs représentant schématiquement un procédé d'assemblage d'un anneau de court-circuit à un rotor d'un moteur électrique ayant une pluralité de barres rotoriques, selon l'invention.
  • Il est à noter que dans la description détaillée qui suit, les composants identiques ou similaires, du point de vue structurel et/ou fonctionnel, portent les mêmes références numériques, qu'ils soient représentés ou non dans des modes de réalisation différents de la présente description.
  • Il convient également de noter que, pour décrire de manière claire et concise la présente invention, les dessins ne sont pas nécessairement à l'échelle et que certaines caractéristiques peuvent être présentées sous une forme schématique.
  • En outre, lorsque le terme "adapté" ou "agencé" ou "configuré" ou un terme similaire est utilisé ici en se référant à tout composant dans son ensemble, ou à toute partie d'un composant, ou à une combinaison de composants, il doit être compris que cela signifie et englobe la structure et/ou la configuration et/ou la forme et/ou le positionnement du composant ou de la partie que ce terme désigne.
  • En outre, lorsque les termes "substantiellement" ou "sensiblement" sont utilisés ici, ils doivent être compris comme englobant une possible variation de plus ou moins 5% par rapport à une valeur ou une position de référence indiquée ; de plus, lorsque les termes transversal ou transversalement sont utilisés ici, ils doivent être compris comme englobant une direction non parallèle à la ou aux pièces ou direction(s) / axe(s) de référence auxquels ils se réfèrent, et la perpendicularité doit être considérée comme un cas spécifique de direction transversale.
  • La figure 1 illustre schématiquement un exemple d'un moteur électrique, en particulier en moteur asynchrone de traction ferroviaire, désigné par le numéro de référence 1.
  • Selon des formes possibles de réalisation bien connues à l'homme du métier et pour cette raison non illustrées ci-dessous en détail, le moteur 1 comprend une carcasse 30 à l'intérieure de laquelle sont assemblés un stator 20, et un rotor 2 comprenant une pile de tôles magnétiques 3 et une pluralité de barres conductrices 4, réalisées par exemple en cuivre ou en aluminium, qui sont insérées dans les tôles magnétiques 3 du rotor 2.
  • Dans son ensemble, le rotor 2 est monté sur un arbre rotatif 5 tournant autour d'un axe longitudinal de référence X, avec les barres rotoriques 4 agencées longitudinalement, à distance les unes des autres, autour de cet axe longitudinal de référence X.
  • Comme schématiquement illustré sur la figure 1, le moteur 1 comprend en outre un premier flasque 6, disposé sur le côté de commande du moteur 1, un deuxième flasque 7 opposé au côté de commande, un premier roulement 8 disposé sur le côté de commande, et un deuxième roulement 9 disposé sur le côté opposé au côté de commande.
  • Les barres conductrices 4 sont reliées entre-elles par deux anneaux de court-circuit 10 selon l'invention afin de former une configuration à cage d'écureuil.
  • En particulier, les figure 2 et 4 illustrent schématiquement des modes possibles de réalisation d'un anneau de court-circuit selon l'invention désigné par le numéro de référence 10.
  • L'anneau de court-circuit 10 selon l'invention comporte un corps de forme substantiellement annulaire qui est réalisé en une seule pièce de matériau électriquement conducteur, par exemple en cuivre ou en aluminium, et se développe autour d'un axe longitudinal de référence X10, c'est-à-dire un axe longitudinal substantiellement coïncidant avec l'axe de rotation X de l'arbre rotatif 5 en configuration montée du moteur 1.
  • En outre, le corps annulaire comprend une face de couplage 12 avec les barres rotoriques 4 qui se développe transversalement par rapport à l'axe longitudinal de référence X, et en particulier selon un plan substantiellement perpendiculaire à l'axe longitudinal de référence X, et comporte une pluralité de niches de logement 13 et une pluralité d'éléments de remplissage 14 prévues selon une séquence alternée sur la même face de couplage 12.
  • En particulier, comme illustré sur les figures 2 à 6, le niches de logement 13 sont espacées à distance régulière les unes des autres le long de la face de couplage 12 et selon un parcours circonférentiel, indiquée sur les figures 3 et 5 par la flèche C.
  • Selon une mode possible de réalisation de l'anneau de court-circuit 10, chaque niche de logement 13 s'étend selon une direction substantiellement parallèle à l'axe longitudinal de référence X10 et comporte une paroi de fond 16 fermée et transversale à l'axe longitudinal de référence X10.
  • De cette façon, chaque niche de logement 13 délimite un espace fermé au fond et destiné à loger, de manière non traversante, une portion d'extrémité 4a d'une barre rotorique 4 correspondante.
  • En outre, chaque élément de remplissage 14 s'étend entre deux niches de logements 13 adjacentes, en saillie par rapport aux parois de fond 16 fermées correspondantes selon une direction substantiellement parallèle à l'axe longitudinal de référence X et vers le rotor 2 en configuration montée du moteur 1. En particulier, chaque élément de remplissage 14 est configuré pour remplir, au moins partiellement, un espace 17 entre les portions d'extrémité 4a de chaque couple de barres rotoriques adjacentes, une fois que les barres rotoriques 4 sont logées dans les niches de logement 13 correspondantes.
  • Selon une forme possible de réalisation, chaque niche de logement 13 est creusée dans le corps annulaire et s'étend de la surface supérieure de la face de couplage 12 vers l'intérieur du corps annulaire, jusqu'à la paroi de fond 16 fermée correspondante, selon une direction substantiellement parallèle à l'axe longitudinal de référence X10.
  • Dans cette forme possible de réalisation, chaque élément de remplissage 14 est formé par une portion pleine de la face de couplage entre deux niches de logement 13 adjacentes.
  • Selon un mode de réalisation illustré sur les figures 4 et 5, les niches de logement 13, vues dans un plan substantiellement perpendiculaire à l'axe longitudinal de référence X, sont configurées en forme d'os. Par « en forme d'os », on entend que la silhouette des niches de logement 13 présente deux lobes et une partie resserrée entre ces lobes, globalement avec la forme extérieure d'un 8.
  • Selon une forme possible de réalisation illustrée sur la figure 6, la face de couplage 12, vue selon une coupe médiane et circonférentielle du corps annulaire, c'est-à-dire selon la ligne circulaire de coupure A-A indiquée sur les figures 2 et 4, présente un profil en forme de dents de scie substantiellement rectangulaires.
  • La figure 7 illustre schématiquement un procédé de fabrication d'un anneau de court-circuit 10 selon l'invention, ce procédé étant repéré par le numéro de référence global 100 et comportant au moins les étapes suivantes:
    • 110 : réaliser un corps de forme substantiellement annulaire en une seule pièce de matériau électriquement conducteur, qui se développe autour d'un axe longitudinal de référence, c'est-à-dire l'axe longitudinal de référence X10, et comporte une face de couplage 12 avec les barres rotoriques 4 d'un moteur 1, la face de couplage 12 se développant transversalement par rapport à l'axe longitudinal de référence X10 ;
    • 120 : réaliser, sur la face de couplage 12 du corps annulaire une pluralité de niches de logement 13 et une pluralité d'éléments de remplissage 14, dans lequel le niches de logement 13 sont espacées à distance régulière les unes des autres selon une direction circonférentielle C le long de la face de couplage 12, et chaque niche de logement 13 s'étend selon une direction substantiellement parallèle à l'axe longitudinal de référence X10 et comporte une paroi de fond 16 fermée, transversale à l'axe longitudinal de référence X10 de façon à loger, de manière non traversante, une portion d'extrémité 4a d'une barre rotorique 4, et dans lequel chaque élément de remplissage 14 s'étend entre deux niches de logements 13 adjacentes, en saillie par rapport aux parois de fond 16 fermées correspondantes et est configuré pour remplir, au moins partiellement, un espace 17 entre les portions d'extrémité 4a de deux barres rotoriques 4 adjacentes, une fois que les barres rotoriques 4 sont logées dans les niches de logement 13 correspondantes.
  • Selon une mode possible de réalisation du procédé de fabrication 100, l'étape 120 consistant à réaliser la pluralité d'éléments de remplissage 14 et la pluralité de niches de logement 13 comprend au moins la sous-étape suivante :
    • 122 : fraiser le corps annulaire en formant les niches de logement 13 creusées à distance régulière les unes des autres et s'étendant de la face de couplage 12 vers l'interne du corps annulaire en direction substantiellement parallèle à l'axe de référence X10, les portions de la face de couplage 12 pleines ou non fraisées entre chaque couple de niches de logement 13 adjacentes formant la pluralité d'éléments de remplissage 14.
  • En particulier, selon une mode possible de réalisation, la sous-étape 122 consistant à fraiser le corps annulaire en formant les niches de logement 13, comporte le fait de réaliser une pluralité de niches de logement 13 en forme d'os.
  • Selon un autre mode possible de réalisation, l'étape 120 consistant à réaliser la pluralité d'éléments de remplissage 14 et la pluralité de niches de logement 13 comprend au moins les sous-étapes suivantes :
    • 124 : réaliser, le long d'un bord interne 12a et d'un bord externe 12b de la face de couplage 12 et selon une direction circonférentielle, indiquée sur les figures 2 et 4 par la flèche circulaire C, une première rainure 12c et une deuxième rainure 12d correspondante. Les rainures 12c et 12d peuvent être réalisées par fraisage ;
    • 126 : fraiser radialement, à des positions prédéfinies, des portions de la face de couplage 12 entre la première rainure 12c et la deuxième rainure 12d, afin de former la pluralité des niches de logements 13 alternées en séquence avec la pluralité d'éléments de remplissage 14, chaque élément de remplissage 14 étant formé par une portion correspondante de la face de couplage 12, pleine ou non fraisée, entre chaque couple de niches de logement 13 adjacentes.
  • La direction radiale des fraisages est indiquée sur les figures 3 et 5 par la flèche de référence Y qui se trouve dans un plan transversal à l'axe longitudinal de référence X10.
  • La figure 8 illustre schématiquement un procédé 200 d'assemblage d'un rotor 2 d'un moteur électrique 1, et en particulier des barres rotoriques 4 du rotor 2 à un anneau de court-circuit 10 selon l'invention, comportant au moins les étapes suivantes:
    • 210 : coupler un anneau de court-circuit 10 illustré ci-dessus, à la pluralité des barres rotoriques 4 du rotor 2 en logeant une portion d'extrémité 4a de chaque barre rotorique 4 dans une niche de logement 13 correspondante de l'anneau de court-circuit 10, avec chaque élément de remplissage 14 qui remplit, au moins partiellement, un espace 17 entre les portions d'extrémité 4a de deux barres rotoriques 4 adjacentes ;
    • 220 : solidariser, de manière irréversible, l'anneau de court-circuit 10 à la portion d'extrémité 4a de chaque barre rotorique 4.
  • En particulier, l'étape 220 consistant à solidariser l'anneau de court-circuit 10 à chaque barre rotorique comprend au moins les sous-étapes suivantes :
    • 222: insérer du matériau d'apport 18 électriquement conducteur dans chaque niche de logement 13 ; et
    • 224 : braiser le matériau d'appoint en solidarisant, de manière irréversible, l'anneau de court-circuit 10 à la portion d'extrémité 4a de chaque barre rotorique 4.
  • La définition de « manière irréversible » doit être ici interprétée comme se référant à la réalisation d'une liaison mécanique entre deux parties qui peuvent séparées après leur solidarisation seulement par moyen d'un procédé comportant la destruction au moins partielle d'une partie ou des deux pièces couplées.
  • Clairement, un deuxième anneau de court-circuit 10 peut être solidarisé avec les mêmes modalités à la portion d'extrémité opposée 4b de chaque barre rotorique 4.
  • De cette façon, on réalise un moteur électrique 1, et en particulier un moteur asynchrone pour traction ferroviaire, dans lequel chaque barre rotorique 4 comporte une portion d'extrémité, et non seulement la surface de tête de cette portion d'extrémité, qui est aisément logée dans une niche de logement 13 correspondante et y solidarisée de manière irréversible avec l'anneau de court-circuit 10, au moyen du matériau d'apport 18 électriquement conducteur inséré dans chaque niche de logement 13.
  • En outre, les éléments de remplissage 14 forment en pratique des bossages structurellement intégrés dans le corps annulaire et, comme illustré par exemple sur la figure 4, chaque élément de remplissage remplit l'espace 17 qui se forme entre les portions d'extrémité de deux barres rotoriques adjacentes une fois que les barres 4 sont logées dans les niches de logement 14 correspondantes.
  • De cette façon, l'assemblage des barres rotoriques 4 avec l'anneau 10 est plus précis, et l'espace 17 à remplir avec le matériau d'apport 18 est sensiblement réduit par rapport aux solutions de l'art connue.
  • Il ressort clairement de la description qui précède que l'anneau de court-circuit 10, le procédé de fabrication 100, ainsi que le moteur électrique 1 comprenant un tel anneau 10, et le procédé d'assemblage 200 du rotor 2 d'un moteur 1 avec un tel anneau de court-circuit 10, selon l'invention permettent d'atteindre le but à la base de la présente invention.
  • En effet, la structure de l'anneau de court-circuit 10 permet de réaliser une liaison mécanique avec les barres conductrices 4 plus simple et précis, induisant une capacité mécanique de reprise des efforts centrifuges qui autorise avantageusement des vitesses linéaires périphériques supérieures par rapport aux solutions de l'art connue.
  • L'anneau de court-circuit 10, le moteur électrique 1, le procédé de fabrication 100 et le procédé d'assemblage 200 ainsi conçus sont susceptibles de modifications et de variations. Par exemple, la forme des niches de logement 13 ou d'éléments de remplissage 14 peut être configurée de manière différente ; le corps annulaire 12 peut être réalisé en utilisant tout mode d'usinage ou de jonction possible ; certaines étapes ou sous-étapes du procédé 100 ou du procédé 200 peuvent être exécutées selon une séquence différente par rapport à celle décrite ci-dessous et illustrée dans les figures 7 et 8.
  • Tous les aménagements peuvent en outre être remplacés par des éléments techniquement équivalents.

Claims (12)

  1. Anneau de court-circuit (10) pour un moteur électrique (1) comprenant un rotor (2) ayant une pluralité de barres rotoriques (4), l'anneau de court-circuit (10) étant caractérisé en ce qu'il comporte un corps de forme substantiellement annulaire réalisé en une seule pièce de matériau électriquement conducteur qui se développe autour d'un axe longitudinal de référence (X10) et comprend une face de couplage (12) avec les barres rotoriques (4), dans lequel la face de couplage (12) se développe transversalement par rapport à l'axe longitudinal de référence (X10) et comporte :
    - une pluralité de niches de logement (13) qui sont espacées à distance régulière les unes des autres selon une direction circonférentielle (C) le long de la face de couplage (12), chaque niche de logement (13) s'étendant selon une direction substantiellement parallèle à l'axe longitudinal de référence (X10) et ayant une paroi de fond (16) fermée transversale à l'axe longitudinal de référence (X10) de façon à loger, de manière non traversante, une portion d'extrémité (4a) d'une barre rotorique (4) ; et
    - une pluralité d'éléments de remplissage (14), chaque élément de remplissage (14) s'étendant entre deux niches de logements (13) adjacentes, en saillie par rapport aux parois de fond (16) fermées correspondantes et étant configuré pour remplir, au moins partiellement, un espace (17) entre les portions d'extrémité (4a) de deux barres rotoriques (4) adjacentes une fois que les barres rotoriques (4) sont logées dans les niches de logement (13) correspondantes.
  2. Anneau de court-circuit (10) selon la revendication 1, dans lequel chaque niche de logement (13) est creusée dans le corps annulaire et s'étend de la face de couplage (12) vers l'intérieur du corps annulaire, jusqu'à la paroi de fond (16) fermée correspondante, et chaque élément de remplissage (14) est formé par une portion pleine de la face de couplage entre deux niches de logement (13) adjacentes.
  3. Anneau de court-circuit (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les niches de logement (13), vues dans un plan substantiellement perpendiculaire à l'axe longitudinal de référence (X10), sont configurées en forme d'os.
  4. Anneau de court-circuit (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la face de couplage (12) présente un profil en forme de dents de scie substantiellement rectangulaires.
  5. Procédé de fabrication (100) d'un anneau de court-circuit (10) pour un moteur électrique (1) qui comprend un rotor (2) incluant une pluralité de barres rotoriques (4), le procédé de fabrication (100) étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes:
    - (110) : réaliser un corps de forme substantiellement annulaire en une seule pièce de matériau électriquement conducteur, qui se développe autour d'un axe de référence (X10) et comporte une face de couplage (12) avec les barres rotoriques (4) qui se développe transversalement par rapport à l'axe longitudinal de référence (X10) ;
    - (120) : réaliser, sur la face de couplage (12) du corps annulaire une pluralité de niches de logement (13) qui sont espacées à distance régulière les unes des autres selon une direction circonférentielle (C) le long de la face de couplage (12), chaque niche de logement (13) s'étendant selon une direction substantiellement parallèle à l'axe longitudinal de référence (X10) et ayant une paroi de fond (16) fermée transversale à l'axe longitudinal de référence (X10) de façon à loger, de manière non traversante, une portion d'extrémité (4a) d'une barre rotorique (4), et une pluralité d'éléments de remplissage (14), chaque élément de remplissage (14) s'étendant entre deux niches de logements (13) adjacentes, en saillie par rapport aux parois de fond (16) fermées correspondantes et étant configuré pour remplir, au moins partiellement, un espace (17) entre les portions d'extrémité (4a) de deux barres rotoriques (4) adjacentes une fois que les barres rotoriques (4) sont logées dans les niches de logement (13) correspondantes.
  6. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 5, dans lequel l'étape (120) consistant à réaliser la pluralité d'éléments de remplissage (14) et la pluralité de niches de logement (13) comprend au moins la sous-étape suivante :
    - (122) fraiser le corps annulaire (12) en formant les niches de logement (13) creusées dans le corps annulaire à distance régulière les unes des autres et s'étendant de la face de couplage (12) vers l'intérieur du corps annulaire en direction substantiellement parallèle à l'axe de référence (X10), les portions de la face de couplage (12) pleines ou non fraisées entre chaque couple de niches de logement (13) adjacentes formant la pluralité d'éléments de remplissage (14).
  7. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 6, dans lequel la sous-étape (122) consistant à fraiser le corps annulaire (12) en formant les niches de logement (13), comporte le fait de réaliser une pluralité de niches de logement (13) en forme d'os.
  8. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 6, dans lequel l'étape (120) consistant à réaliser la pluralité d'éléments de remplissage (14) et la pluralité de niches de logement (13) comprend au moins les sous-étapes suivantes :
    - (124) réaliser, selon une direction circonférentielle le long d'un bord interne (12a) et d'un bord externe (12b) de la face de couplage (12) une première rainure (12c) et une deuxième rainure (12d) correspondante ;
    - (126) fraiser radialement, à des positions prédéfinies, des portions de la face de couplage (12) entre la première rainure (12c) et la deuxième rainure (12d), afin de former la pluralité des niches de logements (13) alternées en séquence avec des portions de la face de couplage (12) pleines on non fraisées, chaque portion pleine ou non fraisée entre chaque couple de niches de logement (13) adjacentes formant un élément de remplissage (14) correspondant.
  9. Moteur électrique (1), notamment moteur asynchrone pour traction ferroviaire, comprenant au moins:
    - un rotor (2) incluant une pluralité de barres rotoriques (4) agencées longitudinalement, à distance les unes des autres, autour d'un axe longitudinal de référence (X) ; le moteur électrique (1) étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un anneau de court-circuit (10) selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel chaque barre rotorique (4) comporte une portion d'extrémité (4a) qui est logée dans une niche de logement (13) correspondante et y solidarisée de manière irréversible avec l'anneau de court-circuit (10).
  10. Moteur électrique (1) selon la revendication 9, comportant du matériau d'apport (18) électriquement conducteur inséré dans chaque niche de logement (13) et braisé en solidarisant, de manière irréversible, l'anneau de court-circuit (10) à la portion d'extrémité (4a) de chaque barre rotorique (4) correspondante.
  11. Procédé (200) d'assemblage d'un rotor (2) d'un moteur électrique (1) ayant une pluralité de barres rotoriques (4) agencées longitudinalement, à distance les unes des autres, autour d'un axe longitudinal de référence (X), le procédé d'assemblage (200) étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes:
    - (210) : coupler un anneau de court-circuit (10) selon l'une des revendications 1 à 4 à la pluralité des barres rotoriques (4) en logeant une portion d'extrémité (4a) de chaque barre rotorique (4) dans une niche de logement (13) correspondante de l'anneau de court-circuit (10), avec chaque élément de remplissage qui remplit, au moins partiellement, un espace (17) entre les portions d'extrémité (4a) de deux barres rotoriques (4) adjacentes ;
    - (220) : solidariser, de manière irréversible, l'anneau de court-circuit (10) à la portion d'extrémité (4a) de chaque barre rotorique (4).
  12. Procédé (200) selon la revendication 11, dans lequel l'étape (220) consistant à solidariser l'anneau de court-circuit à chaque barre rotorique (4) comprend au moins les sous-étapes suivantes :
    - (222) : insérer du matériau d'apport (18) électriquement conducteur dans chaque niche de logement (13) ; et
    - (224) : braiser le matériau d'apport (18) en solidarisant, de manière irréversible, l'anneau de court-circuit (10) à la portion d'extrémité (4a) de chaque barre rotorique (4).
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